复杂环境下钢筋混凝土箱形拱桥的拆除爆破技术研究

王守伟

（重庆市公安局，重庆 401147）

1 工程概况

巫溪大桥位于重庆市省道S102巫溪县渝巫路K488+237处，跨越大宁河，是一座悬链线混凝土双曲拱桥，实测桥梁全长133.20m，该桥设12孔腹孔，主拱圈线形为悬链线，混凝土双曲拱桥，净跨110m，矢跨比1/8，拱轴系数为4.328，桥面净宽7+2×0.75m。

大桥主跨由六片拱肋组成，拱肋间设有钢筋混凝土横联。桥面分三段，分别为空心板段（长39.55m），Π型梁段（长34m），空心板段（长53.75m），大桥左岸有14m引桥，右岸有3.65m桥台。待拆除桥梁如图1所示。

大桥右岸桥头两侧与房屋紧邻，均为砖混结构，最近处相隔仅1.8m。右岸桥头东侧20m为交通局路政大队，桥台基础与路政大队房屋基础位于同一基岩上。大桥上游平行5m远处，有架空过江污水管，管径为20cm，与桥面垂直高差8m。爆破要求周边建构筑物不受损坏，且垮塌后不得影响阻断水流，形成堰塞湖。

图1 待拆除桥梁

2 爆破拆除方案

2.1 爆破技术难点

待拆大桥最近仅1.8m处为砖混结构房屋，上游5m处为平行于待拆大桥的污水管道及其便桥，如何确保不对房屋和污水

待拆大桥中间Π形梁段桥面位于河道上方，如何有效控制爆渣块度、实现粉碎性爆破拆除，避免垮塌后爆堆，阻断河道形成堰塞湖，是难点二；

巫溪侧桥台基础与旁边路政大队房屋基础位于同一基岩上，如何保证主拱拱脚爆破及坍塌时不对基岩产生影响，是难点三。

2.2 爆破总体方案

大桥拱肋和桥面等均为钢筋混凝土结构，采用浅孔爆破方式。

爆破拆除部分为主拱及大桥中间Π形梁段桥面，其中Π形梁段桥面爆破拆除实心部分由桥面直接钻孔至拱肋内部，空心部分采用水压爆破[1-2]。

由于巫溪侧桥台基础与旁边路政大队房屋基础位于同一基岩上，大桥右岸拱脚爆破分两部分，首先在拱脚根部采用弱松动爆破（混凝土破碎未脱笼，避免损伤拱脚基岩），形成1m宽力学铰（类似橱柜门的“铰链”），在大桥中间段爆破后，使得剩余结构有围绕“铰链”向中部倾倒的趋势；在“铰链”上，沿拱肋5～10m位置，再采用完全爆破方式（混凝土粉碎，脱离钢筋笼）布孔，在“铰链”位置起爆750ms后，最后起爆。

大桥左岸拱脚采用粉碎爆破方式拆除第一腹孔和第二腹孔桥拱。

2.3 爆破参数设计

（1）桥面、拱肋

①钻孔直径D=42mm；②最小抵抗线W=B/2（B为拱肋厚度）；③孔间距a=0.9B；④孔深：桥面：主要是Π形梁部分，由桥面直接钻至拱肋内部，拱肋底部保留0.3m，炮孔深度在2.1～2.8m；拱肋：主要分布于主拱拱脚，孔深1.62m。⑤拱肋主要采用间隔装药，炸药单耗2.2kg/m3，单药包药量100g。拱脚“铰链”位置，炸药单耗1.0kg/m3，单药包药量50g。

（2）桥拱

桥拱桁式构件的形状为长方形柱体，其内腔为长方体空腔，其壁厚10～18cm，根据实际条件，炸药放在方形空腔内，如图2所示，采用水压爆破[3-6]。

图2 水压爆破模型示意图

考虑长筒形结构物形状尺寸，可按下列公式计算：

式中：Q为装药量，kg；Kb为与爆破方式有关的系数，敞口爆破时，Kb=0.9～1.2，闭口爆破时，Kb=0.7～1.0，取1.0；Kc为结构物材质系数，对于钢筋混凝土，Kc=0.5～1.0，取1.0；Kd为结构调整系数，对于矩形截面，Kd=0.85～1.0，取1.0；δ为结构物壁厚，m；B为结构物内径（圆形）或边长（矩形），m；L为结构物的长度或高度，m。

由于空心部分宽1.05m，最高1.09m，最低0.28m，所以装药药包间隔1m，以中间线为起点，0～6m装药200g，6～12m，装药300g，12～17m，装药400g。

桥面、拱肋布孔及装药结构如图3、图4、图5、图6所示。

图3 Π形梁段桥面布孔剖面图（cm）

图4 炮孔分布图（cm）

图5 拱肋布孔图（cm）

图6 拱肋装药图（拱上，cm）

2.4 爆破网路设计

根据总体方案设计，为实现桥梁按照设计方式安全垮塌，同时控制爆破产生的震动、飞石等的不利影响，采取一次点火、分段起爆的总体起爆方案，桥上部结构与下部结构同时起爆。起爆顺序由桥中间向桥两端起爆，段别从低到高。起爆网路系统前端的导爆管雷管分两级簇联，簇联的引爆雷管用瞬发电雷管起爆，孔深超过1m的炮孔，采用间隔装药，药包间用导爆索连接[2-6]。

该项目采用的毫秒导爆管雷管为：MS1、MS3、MS5、MS7、MS13段（图7）。

图7 段别分布图

3 爆破安全校核与防护

3.1 爆破地震有害效应安全验算

《爆破安全规程》（GB6722-2014）[6]规定，评价爆破对不同类型建（构）筑物和其它保护对象的振动影响，应采用质点振动速度作为判别标准。爆破时引起的建筑物地面质点的振动速度V可按下式计算：

式中：Q为单段最大药量，kg；R为爆心距，m；K、a为受地形、地质条件影响的系数，对于本拆除爆破取K=50，a=1.5。

该工程重点保护对象为左岸两侧民房，该工程最大齐爆药量位于桥中间，齐爆药量456kg，与最近民房直线距离约70m，计算得V1=1.8cm/s；左岸拱脚MS5段先起爆，齐爆炮孔6个，单孔药量120g，齐爆药量0.72kg，爆破中心点与最近民房直线距离约8m，计算得V2=1.8cm/s；右岸拱脚MS5段齐爆药量6kg，该位置爆破中心点距离路政大队房屋直线30m，计算得V3=0.7cm/s；以上数据均满足一般民用建筑抗震要求，且对于拆除爆破，爆破体与被保护对象非直接接触，振动波经地面传播后，会有很大的衰减，所以爆破引起的民房位置振动实际会远小于1.8cm/s。

3.2 飞石对人员的安全距离

爆破飞石距离（L）与单耗（q）的关系为

依照爆破大桥最大所需炸药单耗q=2.2kg/m3，可以计算得L=110m。

3.3 触地震动安全校核

大桥塌落触地冲击震动速度由下式计算[7]：

式中：Vt为塌落引起的地面振动速度，cm/s；M为下落构件的质量，该工程中为主拱及其上部结构质量，M≈2000t；g为重力加速度，取为9.8m/s2；H为构件的高度，该工程中H=15m；σ为地面介质的破坏强度，取为10MPa；R为观测点至冲击地面中心的距离，该工程R＝50m；Kt为塌落振动速度衰减系数，参考类似工程，Kt=1.1；β为塌落振动速度衰减指数，一般取-1.66～1.80，参考类似工程，该工程中β=-1.66。

由公式（4）计算得大桥垮塌后造成的爆破振速为Vt=0.5cm/s。该值小于《爆破安全规程》（GB6722-2014）[6]规定的砖混结构建筑的安全振动速度最小允许值2.0cm/s（主振频率＜10Hz）。

3.4 安全防护措施

根据现场爆破特点及爆破安全控制要求，现场安全防护措施如下：

（1）在桥体装药部位采用竹跳板+钢丝网包裹，桥面和桥拱装药部位铺沙袋[3-4]；（2）污水管道用竹跳板覆盖，支撑立柱下部堆渣，与原墩座持平，并铺轮胎；（3）大桥左岸上游方向民房爆破前将违章建筑部分和人行道拆除，下游方向民房在底部支撑柱间修建钢筋混凝土剪力墙，并在外围搭设防护架；（4）左岸第一腹孔拱脚两侧与紧临的民房之间采取减震孔[5-6]，尽量降低爆破对民房的扰动。

图8 桥梁爆破过程及爆破效果

4 爆破效果

该桥梁于2017年5月24日上午10时起爆。爆破后，大桥按照设计完全垮塌，主要爆破点均按设计要求准爆，“铰链”的设置起到了较好的作用，爆破过程及效果如图8所示。飞石得到了有效控制，爆堆落地飞溅最大距离5m，保证了相邻房屋的安全，跨江部分爆渣未阻碍航道。在两桥头两侧房屋、污水管道等位置布设了8个测振点，各测点距爆源最近距离为1.2～20m，测得最大振动速度幅值为1.59cm/s，小于规范中规定的安全振速值2.0cm/s。

5 主要创新点及应用

（1）通过水压爆破和浅孔控制爆破相结合，有效控制了爆破产生的有害效应，避免了对周边的建构筑物和设施设备造成危害；实现了粉碎性爆破拆除，避免爆渣堵塞河道；

（2）创造性地采用了“力学铰”的设计原理，避免大桥爆破及坍塌过程中，对其位于同一基岩的房屋基础产生扰动和破坏。

该爆破拆除技术可广泛应用于通航航道、城市市区等复杂环境下的桥梁爆破拆除，为类似项目提供了可靠的爆破设计和施工参考。